Elektrikli motorlar, birçok endüstriyel işlemde ana bileşendir ve endüstriyel bir tesiste tüketilen toplam enerjinin %70'ine kadar bir değerden sorumlu olabilir ve dünya genelinde üretilen elektriğin %46'sına kadarını tüketebilirler. Endüstriyel işlemlerin kritik doğaları düşünüldüğünde, arızalanmış motorlarla ilişkili çalışmama süresinin maliyeti, saatte binlerce dolar olabilir. Motorların verimli olmasını ve güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlamak, bakım teknisyenleri ve mühendislerin her gün ilgilendikleri en önemli görevlerden biridir.

Elektriğin verimli kullanımı, yalnızca bir "olsa iyi olur" durumu değildir. Çoğu durumda enerji verimliliği, karlılık ve mali kayıplar arasındaki fark anlamına gelebilir. Ayrıca motorlar, endüstride enerjinin oldukça önemli bir kısmını tükettiğinden, tasarruf yapma ve karlılığı sürdürmenin ana hedefi haline gelmişlerdir. Ek olarak, verimlilik geliştirmeleri üzerinden tasarrufun nasıl yapılacağını belirleme ve doğal kaynaklara olan bağımlılığı azaltma isteği, birçok şirketi ISO 50001 gibi endüstri standartlarına uymaya teşvik etmektedir. ISO 50001 standardı, sürdürülebilir şekilde tasarruf yapmak üzere bir enerji yönetim sistemi kurmak, uygulamak ve korumak için bir çerçeve ve gereklilik sağlar.

Geleneksel motor test yöntemleri

Elektrikli motor performansını ve verimliliğini ölçmenin geleneksel yöntemi iyi tanımlanmıştır ama sürecin kurulumu masraflı ve çalışma süreçlerine uygulanması zor olabilir. Hatta çoğu durumda motor performansı denetimleri, masraflı çalışmama süresine neden olabilecek şekilde sistemin tamamen kapatılmasını bile gerektirebilirler. Elektrikli motor verimliliğini ölçmek için hem elektrik giriş gücü hem de mekanik çıkış gücünün, çok sayıda dinamik çalışma koşulu üzerinden doğrulanması gerekir. Motor performansını ölçmenin geleneksel yöntemi öncelikle, teknisyenlerin motoru bir motor test yatağına yerleştirmelerini gerektirir. Test yatağı; bir jeneratöre ya da dinamometreye bağlanmış, test edilen motordan ibarettir.

Test edilen motor, daha sonra bir kaplinle yüke bağlanır. Kaplin, kendisine bağlı bir hız sensörüne (takometre) ve mekanik gücün hesaplanmasına olanak sağlayan verileri gönderen bir tork sensörleri setine sahiptir. Sistem; hız, tork ve mekanik güç de dahil olmak üzere veriler sağlar. Bazı sistemler, verimliliğin hesaplanabilmesine olanak sağlamak için elektrik gücü ölçüm özelliği de içerirler.

Verimlilik şu şekilde hesaplanır:

ɳ(verimlilik) = Mekanik güç/ Elektrik gücü

Test sırasında yük, bir dizi çalışma modu üzerinden verimliliği belirlemek için değiştirilir. Test yatağı sistemi basit görünebilir ama özünde birçok dezavantaj içerir:

1. Motorun, hizmetten alınması gerekir.
2. Motor yükü, motorun kullanımdayken sağladığı yükü doğru bir şekilde temsil etmez.
3. Test sırasında işlemin durdurulması (çalışmama süresi yaratarak) ya da geçici olarak yedek bir motorun takılması gerekir.
4. Tork sensörleri pahalıdır ve farklı motorları test etmek için birkaç sensör gerekebileceğinden sınırlı bir çalışma aralığına sahiptir.
5. Çok sayıda motoru kapsayabilen bir motor test yatağı pahalıdır ve bu tür bir test yatağının kullanıcıları, genellikle uzman motor onarım ya da geliştirme kuruluşlarıdır.
6. "Gerçek dünya" çalışma koşulları dikkate alınmaz.

Elektrikli motor parametreleri

Elektrikli motorlar, yüke bağlı belirli türdeki uygulamalar için tasarlanmışlardır ve buna bağlı olarak her motor farklı özelliklere sahiptir. Bu özellikler, Ulusal Elektrik Üreticiler Birliği (NEMA) ya da Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) standartlarına göre sınıflandırılır ve motorun çalışması ve verimliliği üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Her motorun, NEMA veya IEC önerilerine uygun olarak önemli motor çalışma parametreleri ve verimlilik bilgilerini ayrıntıları ile veren bir ad plakası vardır. Ad plakası üzerindeki veriler daha sonra, gerçek çalışma kullanımı moduna karşı motorun gereksinimlerini karşılaştırmak için kullanılabilir. Örneğin bu değerleri karşılaştırırken, bir motorun beklenen hızını ya da tork değerini aştığını ve bu durumda motor ömrünün kısalabileceğini veya zamanından önce arızalanabileceğini öğrenebilirsiniz. Gerilim ya da akım dengesizliği ve zayıf güç kalitesi ile ilişkili harmonikler gibi diğer etkiler de motor performansını düşürebilir. Bu koşullardan herhangi biri mevcutsa yeterli mekanik güç üretilmediğinde işlemin kesilmesine yol açabilecek şekilde motorun "yavaşlatılması"; yani motorun beklenen performansının düşürülmesi gerekir. Yavaşlatma, motor tipi için belirlenen verilere uygun olarak NEMA standardına göre hesaplanır. NEMA ve IEC standardı bazı farklılıklara sahiptir ama kabaca aynı prensipleri izlerler.

Gerçek dünya çalışma koşulları

Bir motor test yatağı üzerinde elektrikli motorları test etmek, genellikle motorun en iyi olası koşullar altında test edildiği anlamına gelir. Tam tersine, hizmette olan motor kullanıldığında genellikle en iyi çalışma koşulları oluşmaz. Çalışma koşullarındaki bu değişimlerin tamamı, motor performansındaki verim kaybına katkıda bulunur. Örneğin endüstriyel bir tesiste, sistemde dengesizliğe ya da potansiyel olarak harmoniklere neden olan güç kalitesi üzerinde doğrudan bir etkiye sahip, monte edilmiş yükler olabilir. Bu koşulların her biri, motor performansını ciddi bir şekilde etkileyebilir. Ek olarak motor tarafından alınan yük, motorun orijinal tasarımı için uygun ya da tutarlı olmayabilir. Yük, motorun layıkıyla üstesinden gelebileceğinden çok fazla ya da yetersiz süreç kontrolleri nedeniyle aşırı yüklenmiş olabilir ve hatta, bir pompa veya fan pervane kanadını tıkayan yabancı bir cismin neden olduğu aşırı sürtünme nedeniyle engel oluşturabilir. Bu anormallikleri yakalamak; etkili sorun giderme sürecini sorunlu hale getirerek, zor ve çok zaman alıcı olabilir.

Yeni bir yaklaşım

Fluke 438-II Güç Kalitesi ve Motor Analiz Cihazı; harici mekanik sensörlere olan ihtiyacı ve maliyetli çalışmama süresini ortadan kaldırırken, gelişmiş ve uygun maliyetli bir yöntem sağlar. Fluke 430-II Serisi Güç Kalitesi ve Enerji Analiz Cihazlarını temel alan Fluke 438-II, doğrudan çevrimiçi elektrikli motorların mekanik parametrelerinin yanı sıra güç kalitesini de tam olarak ölçme kapasitesine sahiptir. Üç fazlı güç ölçümleri ile eşleştirilmiş motor ad plakalarından gelen verileri (NEMA ya da IEC verileri) kullanarak 438-II; ek tork ve hız sensörlerine ihtiyaç olmadan hız, tork, mekanik güç ve verimlilik de dahil olmak üzere gerçek zamanlı motor performans verilerini hesaplar. 438-II, çalışma modunda motor yavaşlatma faktörünü de doğrudan hesaplar.

Bu ölçümleri gerçekleştirmek için Fluke 438-II tarafından gerek duyulan veriler, teknisyen ya da mühendis tarafından girilir ve kW ya da HP cinsinden nominal gücü, nominal gerilim ve akımı, nominal frekansı, nominal cos φ ya da güç faktörünü, nominal servis faktörünü ve NEMA veya IEC sınıflarından motor tasarım tipini içerir.

Nasıl çalışır?

Fluke 438-II ünitesi, elektrik dalga biçimi sinyallerine özel algoritmalar uygulayarak mekanik ölçümler (motor dönme hızı, yük, tork ve verimlilik) sağlar. Algoritmalar; statör direnci gibi motor model parametrelerini tahmin etmek için genellikle gereken ön ölçüm testlerinden herhangi birini gerektirmeden bir endüksiyon motorunun fizik tabanlı ve veriye dayalı modellerinin bir karışımını birleştirir. Motor hızı, akım dalga biçimlerinde bulunan rotor sargı oluğu harmoniklerinden tahmin edilebilir. Motor şaft torku; iyi bilinen ama karmaşık olan fiziksel ilişkiler ile endüksiyon motoru gerilimleri, akımları ve kayması ile ilgili olabilir. Elektrik gücü, giriş akımını ve gerilim dalga biçimlerini kullanarak ölçülür. Tork ve hız tahminlerinin elde edilmesi üzerine mekanik güç (ya da yük), tork x hız formülü kullanılarak hesaplanır. Motor verimliliği; tahmin edilen mekanik gücü, ölçülen elektrik gücüne bölerek hesaplanır. Fluke, dinamometreleri çalıştıran aletli motorlarla kapsamlı testler yürütmüştür. Gerçek elektrik gücü, motor şaft torku ve motor hızı ölçülmüş ve hassaslık seviyelerini belirlemek için 438-II tarafından bildirilen değerlerle karşılaştırılmıştır.

Özet

Elektrikli motor performansı ve verimliliğini ölçmek için geleneksel yöntemler iyi tanımlanmış olmalarına rağmen tam olarak yaygın bir şekilde uygulanmazlar. Bu tamamen, test amaçları için motorları ve bazen de tüm sistemi çevrimdışına alma ile ilişkili çalışmama süresi maliyetini etkiler. Fluke 438-II, edinilmesi şu ana kadar oldukça zor ve pahalı olan son derece yararlı bilgiler sağlar. Ek olarak Fluke 438-II, sistem gerçek çalışma modundayken güç kalitesinin durumunu ölçmek için kendi gelişmiş güç kalitesi analizi yeteneklerini kullanır. Kritik motor verimliliği ölçümleri almak; dış tork ve ayrı hız sensörlerine olan ihtiyacı kaldırarak, hala kullanılıyorken çoğu endüstriyel motor tahrikli işlemlerin performansını analiz etmeyi olanaklı hale getirerek basitleştirilir. Bu, teknisyenlere, çalışmama süresini azaltma olanağı ve tüm sistem durumu ve performansının iyi bir göstergesini sağlayarak motor performansının zaman içindeki gidişatını görme fırsatı verir. Performansın gidişatını görerek, muhtemel motor arızalarını belirtebilen ve arızadan önce parça değişikliğine olanak sağlayabilen değişiklikler olası hale gelir.